本文關(guān)鍵詞：大氣等離子噴涂鑄鐵粒子形貌及粒子—鋁基體間結(jié)合的形成機(jī)制研究

  更多相關(guān)文章： 等離子噴涂 鑄鐵 基體 粒子形貌 粒子-基體結(jié)合

【摘要】：以輕質(zhì)鋁合金代替灰鑄鐵制造發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成為汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域一種低成本且有效的節(jié)能減排措施。然而常用Al-Si合金在服役過(guò)程中極易磨損。采用等離子噴涂技術(shù)在鋁合金缸體表面制備灰鑄鐵涂層可以有效提高其減磨性能而顯著減輕缸體磨損。在服役過(guò)程中涂層的結(jié)合強(qiáng)度,即涂層-基體間的結(jié)合強(qiáng)度是決定涂層是否脫落失效的關(guān)鍵因素�；跓釃娡客繉拥男纬商卣�,涂層的微觀結(jié)構(gòu)和性能主要受單個(gè)粒子沉積行為的影響,即形成的扁平粒子形貌以及粒子-基體間的結(jié)合對(duì)涂層的微觀結(jié)構(gòu)和性能起著決定性作用。因此,本研究利用大氣等離子噴涂技術(shù)在拋光鋁基體表面沉積單個(gè)鑄鐵粒子,系統(tǒng)研究噴涂功率、噴涂距離以及基體預(yù)熱溫度對(duì)單個(gè)鑄鐵粒子形貌、粒子-基體間結(jié)合的影響,并利用數(shù)值計(jì)算方法研究在不同粒子厚度、不同基體初始溫度下粒子與基體間的換熱過(guò)程�；趯�(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果,探討分析扁平鑄鐵粒子形貌的形成規(guī)律以及粒子-基體間的結(jié)合機(jī)制,最終得出以下結(jié)論:提高粒子厚度和基體初始溫度都會(huì)降低粒子的冷卻速率,延長(zhǎng)基體的升溫時(shí)間,并提高粒子-基體間的界面溫度。另外,當(dāng)扁平鑄鐵粒子厚度大于1μm、且鋁基體初始溫度在250℃以上時(shí),噴涂過(guò)程中基體表面會(huì)發(fā)生軟化變形。對(duì)粒子形貌的研究表明:(1)噴涂功率15~25 k W、噴涂距離100~120 mm時(shí),大部分粒子出現(xiàn)射線狀或網(wǎng)狀飛濺;當(dāng)噴涂功率增加至30 kW、噴涂距離降低至80 mm時(shí),多數(shù)粒子為近似圓盤(pán)狀。這說(shuō)明適當(dāng)增大噴涂功率、降低噴涂距離有助于抑制粒子的飛濺。(2)保持噴涂功率30 k W、噴涂距離120 mm不變,當(dāng)基體溫度為室溫時(shí),粒子呈現(xiàn)出環(huán)形或者網(wǎng)狀的飛濺;然而基體初始溫度增加至130℃時(shí),飛濺粒子數(shù)目降至18%左右,且大部分粒子為圓盤(pán)狀;繼續(xù)升高基體預(yù)熱溫度,飛濺粒子數(shù)目又增多且為星形飛濺狀,并伴隨著粒子中心凹陷現(xiàn)象;基體溫度為290℃時(shí)飛濺粒子數(shù)目達(dá)到最多,約占粒子總數(shù)的78%左右,并且產(chǎn)生了分層飛濺現(xiàn)象。對(duì)粒子-基體結(jié)合的研究表明:(1)噴涂功率15~25 k W、噴涂距離100~120 mm時(shí),粒子與基體間結(jié)合較弱,導(dǎo)致鑲樣過(guò)程中粒子與基體分離;當(dāng)噴涂功率增加至30k W、噴涂距離降至80 mm時(shí),粒子與基體間結(jié)合明顯改善,但仍以機(jī)械結(jié)合為主。(2)保持噴涂功率30 k W、噴涂距離120 mm不變,基體初始溫度為室溫時(shí),粒子-基體間結(jié)合力較弱,而當(dāng)基體預(yù)熱溫度升高至130℃以上時(shí),粒子與基體間結(jié)合得到改善;基體預(yù)熱到190℃時(shí),基體表面出現(xiàn)了明顯的塑性變形而凹陷,同時(shí)粒子與基體間產(chǎn)生冶金結(jié)合使結(jié)合強(qiáng)度增強(qiáng);基體預(yù)熱到240℃以上時(shí),粒子邊緣部位出現(xiàn)了“倒鉤狀”結(jié)構(gòu),使粒子-基體間的結(jié)合強(qiáng)度得到進(jìn)一步的提升。
【關(guān)鍵詞】：等離子噴涂 鑄鐵 基體 粒子形貌 粒子-基體結(jié)合
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 概述10-12
• 1.2 研究背景綜述12-20
• 1.2.1 等離子噴涂涂層的形成機(jī)制12-13
• 1.2.2 熱噴涂粒子形貌的影響因素13-18
• 1.2.3 粒子-基體間結(jié)合及影響因素18-20
• 1.3 研究目的和意義20-21
• 1.4 研究?jī)?nèi)容及方案21-24
• 第二章 粒子-基體間換熱過(guò)程的數(shù)值分析24-40
• 2.1 粒子-基體間換熱過(guò)程的物理和數(shù)學(xué)描述24-25
• 2.1.1 物理描述24
• 2.1.2 數(shù)學(xué)描述24-25
• 2.2 粒子-基體間換熱的有限元模型的建立及分析25-31
• 2.2.1 模型的建立25-26
• 2.2.2 噴涂材料數(shù)據(jù)參數(shù)26-27
• 2.2.3 模擬計(jì)算過(guò)程參數(shù)設(shè)置及說(shuō)明27-28
• 2.2.4 幾何模型的建立28-29
• 2.2.5 有限元網(wǎng)格劃分29-30
• 2.2.6 分析求解30-31
• 2.3 有限元計(jì)算結(jié)果及分析31-38
• 2.3.1 粒子厚度對(duì)傳熱過(guò)程中粒子溫度的影響31-33
• 2.3.2 粒子厚度對(duì)換熱過(guò)程中基體表面溫度的影響33-35
• 2.3.3 基體初始溫度對(duì)傳熱過(guò)程中粒子溫度的影響35-37
• 2.3.4 基體初始溫度對(duì)換熱過(guò)程中基體表面溫度的影響37-38
• 2.4 本章小結(jié)38-40
• 第三章 實(shí)驗(yàn)材料及方法40-44
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料40
• 3.1.1 鋁基體材料40
• 3.1.2 噴涂材料40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備40-41
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法41-44
• 3.3.1 噴涂實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備41-42
• 3.3.2 試樣制備過(guò)程42
• 3.3.3 粒子形貌及粒子-基體界面分析方法42-44
• 第四章 噴涂條件對(duì)粒子形貌的影響44-62
• 4.1 噴涂功率及噴涂距離對(duì)粒子形貌的影響44-51
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果44-47
• 4.1.2 噴涂過(guò)程中等離子弧和飛行粒子的特點(diǎn)47-48
• 4.1.3 粒子形貌的形成機(jī)理48-51
• 4.2 基體預(yù)熱溫度對(duì)粒子形貌的影響51-60
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果51-54
• 4.2.2 討論與分析54-60
• 4.3 本章小結(jié)60-62
• 第五章 噴涂條件對(duì)粒子-基體間結(jié)合的影響62-76
• 5.1 噴涂功率及噴涂距離對(duì)粒子-基體間結(jié)合的影響62-68
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果62-64
• 5.1.2 粒子-基體分離現(xiàn)象64-66
• 5.1.3 碰撞粒子對(duì)粒子-基體間結(jié)合的影響66-67
• 5.1.4 基體表面狀態(tài)對(duì)粒子-基體間結(jié)合的影響67-68
• 5.2 基體預(yù)熱溫度對(duì)粒子-基體間結(jié)合的影響68-74
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果68-69
• 5.2.2 基體表面吸附物對(duì)粒子-基體間結(jié)合的影響69-70
• 5.2.3 粒子尺寸對(duì)粒子-基體間結(jié)合的影響70-71
• 5.2.4 基體表面粗糙度對(duì)粒子-基體間結(jié)合的影響71
• 5.2.5 粒子-基體間的冶金結(jié)合的形成機(jī)制71-73
• 5.2.6 倒鉤狀粒子的形成機(jī)理73-74
• 5.3 本章小結(jié)74-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85-86
• 致謝86

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